(57)【要約】【課題】定着装置及び画像形成装置全体のエネルギー消費効率の向上。【解決手段】定着装置の枠体に蓄熱層を設けることにより、定着ローラ及び加圧ローラから拡散される熱を蓄熱し、スタンバイ状態においてヒータへの通電を少なくしても、定着装置内部の保温を確保することができ、再度装置使用状態になった場合も短時間で復帰可能とする。【選択図】      図１
2005055501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱および圧力により定着する定着装置において、定着装置枠体の少なくとも１面に蓄熱層を持つことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記蓄熱層を持つ面が、前記加熱源の上方にあることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記蓄熱層を持つ面が、前記加熱源の上方から、前記加熱源を囲うように下方に向かう壁を持つことを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
定着装置枠体に対し、回転可能なように両端近傍を軸受により支持された定着ローラおよび加圧ローラを有し、また前記定着ローラ内部には加熱源を有し、前記定着ローラと前記加圧ローラのニップ部で加熱および加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記下方に向かう壁が前記定着ローラの通紙領域と該定着ローラを回転可能に支持している軸受の間に伸びていることを特徴とする、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
定着装置枠体に対し、回動可能なように両端近傍を軸受により支持された加圧ローラを有し、また加圧ローラと略平行に無端の円筒状フィルムを配置し、前記フィルム内に発熱源を有し、前記フィルムと前記加圧ローラのニップ部で加熱および加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記蓄熱層は、シリコーン樹脂、セラミックス、ガラスのいずれか、もしくはそれらの複合材料で構成されていることを特徴とした、請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の定着装置を含むことを特徴とする、電子写真画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙、樹脂製シート等のシート材に転写されたトナー画像を、加熱および加圧することにより、シート材に定着させる電子写真記録装置の定着装置および該定着装置を含む、電子写真画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、給紙カセットから給紙されたシート材は、まず画像形成部に送られ、ここで感光体ドラム上に形成されたトナー像が転写される。
【０００３】
転写を終えたシート材は続いて定着装置に送られ、ここでトナー像の定着処理が行なわれる。
【０００４】
従来より、定着装置は内部にヒータを有し、アルミもしくは鉄等の芯金上に離型性樹脂層をコートした定着ローラと、表面が弾性に富む加圧ローラを圧接させ、表面にトナー画像を転写されたシート材を定着ローラと加圧ローラのニップを通過させることにより、ヒータにより発せられる熱によりトナーを融解し、また定着ローラと加圧ローラ間の圧力で、融解したトナーをシート材に定着させるものがある。
【０００５】
このような定着装置では加圧ローラ内に配置されたヒータはトナーを融解するために定着ローラと加圧ローラのニップ部を約１５０℃から２００℃といった高温にする必要があるため、定着ローラと加圧ローラを常温から所要の温度（定着温度）まで加熱するのには時間を要する。
【０００６】
そこで、装置待機状態においてはヒータへの通電をオン、オフ制御することで定着ローラの温度を定着温度より低い待機温度に保持することにより、再度装置を使用する際に待機温度から定着温度まで短時間で加熱する方法が知られている。しかし待機温度を保持するためにも、少なからず電力を消費する。一方、近年画像形成装置の消費電力の低減が強く求められており、その実現のためには画像形成装置内で最も消費電力の高い定着装置のエネルギー消費効率を向上することが不可欠である。
【０００７】
そこで、特開平８−１０１５９５や特開２００１−５３２２に示されるように、定着ローラ内部に蓄熱体を封入し、装置使用時にヒータで定着ローラおよび加圧ローラを加熱し定着動作を行なうと同時に蓄熱体に蓄熱を行ない、装置が待機状態の際にはヒータの通電を切っている定着装置がある。これらの例では装置が待機状態においてヒータへの通電が切られるため消費電力の低減が可能となる一方、加圧ローラは内部の蓄熱体に蓄えられた熱により室温より高い状態が保たれているため、装置が再度使用状態になったときに短時間で定着ローラおよび加圧ローラを定着温度まで上昇させることが可能となっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１０１５９５号公報
【特許文献２】
特開２００１−５３２２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の定着装置では以下のような欠点があった。
【００１０】
すなわち定着ローラ内部に蓄熱体を封入しているため朝一番に装置を使用する場合等定着ローラおよび加圧ローラの温度が完全に室温まで落ちている場合、蓄熱体が大きな熱容量を持っているため、まず始めはヒータの発生する熱量の大部分が蓄熱体に蓄熱するために用いられ、蓄熱体が封入されていない場合と比較して定着ローラ表面および加圧ローラ表面の温度が定着温度まで熱せられるまでに多くの時間を要してしまう。つまり電源投入から装置使用状態となるまでのいわゆるウォームアップタイムが長くなってしまう。
【００１１】
また蓄熱体が蓄熱した後、装置が待機状態に移行しヒータへの通電が切られると、定着ローラは蓄熱対により保温されるのに対し加圧ローラは定着ローラとのニップ部以外は温度が低下しやすい。通常定着ローラの外周面の温度をセンサで検知し、定着温度に達しているか否かを判断しウォームアップを終了するため、定着ローラは蓄熱体の効果で定着温度に達しているが、加圧ローラは定着温度に十分到達していない状態が起こり得、その結果定着不良が発生する場合がある。
また定着ローラと加圧ローラの温度差のために、シート材に大きなカールが生じる場合がある。
【００１２】
また、特開平８−１０１５９５では定着ローラ内部に蓄熱体としての小径の伝熱球体を７５〜８５％の充填率で封入しているため、定着ローラの回転に伴い、内部で伝熱球体が移動し、騒音が発生する。
【００１３】
また特開２００１５３２２では、蓄熱体としての熱容量補完体として液体を添加した流動体が有効であることが示されている。しかし液体を使用する場合、定着ローラ内部へ封入するためにシール部材等が必要となり構造が複雑となる。また万一液体が漏れ出した場合、ヒータ接点部のショート等の事故が起こる可能性があり、大変危険である。
【００１４】
本出願に係る発明の目的はこれらの問題を解決するためになされたものであり、朝一番に装置を使う際のように、定着ローラおよび加圧ローラの温度が室温まで落ちている際のウォームアップタイムに影響することなく、スタンバイ状態から装置使用状態に短時間で復旧可能でエネルギー消費効率が高く、また騒音を発生したりすることがなく、かつ安全性の高い定着装置および該定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、上記問題を解決すべく、加熱源を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱および圧力により定着する定着装置において、定着装置枠体の少なくとも１面に蓄熱層を持つことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１７】
まず、図３を参照して画像形成装置本体の全体構成を説明する。
【００１８】
プラテンガラス２００上に本や厚紙等のブック原稿やシート状原稿などを原稿面を下側にして載置し、原稿圧板２０３により背面を押圧し、読みとり開始キー（不図示）を押すと、走査系光源２０１およびミラー台２０２がプラテンガラス２００の下部を図３の矢印ａ方向に走査して原稿面の画像情報を読みとる。
【００１９】
なお原稿圧板２００に代わって自動原稿送り装置が取り付けられており、自動原稿送り装置に原稿をセットした場合には、走査系光源２０１及びミラー台２０２は図示の位置に停止しており、セットされた原稿が１枚ずつ分離され、プラテンガラス２００を挟んで走査系光源２０１上を通過しながら原稿面の画像情報が読み取られる。走査系光源２０１により読みとられた原稿の画像情報は画像処理部で処理され、電気信号に変換されてレーザースキャナ１１１に伝送される。
【００２０】
ここで、画像形成装置本体は、レーザースキャナ１１１に画像処理部の処理信号を入力すれば複写機として機能し、パーソナルコンピュータ等の出力信号を入力すればプリンタとして機能する。
【００２１】
また、他機のファクシミリ装置からの送信信号をレーザスキャナ１１１に入力したり、画像処理部の処理信号を他機のファクシミリ装置に送信すれば、ファクシミリ装置として機能する。
【００２２】
一方、画像形成装置本体の下部にはシートカセット１０１を装着しており、このシートカセット１０１は上段カセット１０１ａと下段カセット１０１ｂの２個で１つの給送ユニットとして構成されている。
【００２３】
前記カセット１０１ａ、１０１ｂ内に収容されたシートは、給送回転体となるピックアップローラ１０２により繰り出され、フィードローラ１０３と、リタードローラ１０４との協働作用により１枚ずつ分離、給送された後、搬送ローラ対１０５、１０６によって搬送され、レジストローラ１０７に導かれ、該ローラ１０７によって画像形成動作に同期するようにして画像形成部へと給送される。
【００２４】
画像形成部は、電子写真感光体ドラム１１２、画像書き込み光学系１１３、現像器１１４、一次帯電器１１５および転写帯電器１１６等により構成されている。
【００２５】
そして一次帯電器１１５により一様に帯電された感光体ドラム１１２の表面に、レーザースキャナ１１１から射出された画像情報に対応するレーザー光が画像書き込み光学系１１３により走査されて潜像を形成し、この潜像に現像器１１４によりトナー画像が形成されて、レジストローラ１０７により感光体ドラム１１２の回転に同期して搬送されたシートに転写帯電器１１６によりシートの第１面にトナー画像が転写される。
【００２６】
トナー画像が形成されたシートは定着装置１１８に搬送されて、加熱及び加圧されてトナー画像がシート表面に定着された後、排出ローラ１１９によって機外の排紙トレイ１２０に排出、積載される。
【００２７】
また、シートの両面に画像を記録する場合には、定着装置１１８から排出されたシートが排出ローラ１１９に挟持され、シートの後端が分岐点１２２を通過した時点で該排出ローラが逆転し、両面パス１２１を通過し、搬送ローラ１２２、１０６により搬送されて、レジストローラ１０７に到達し、反転されたシートは第２面に前述と同様にして画像が形成された後、排紙トレイ１２０に排出、積載されるように構成されている。
【００２８】
次に図１及び図２を用いて、本発明による定着装置の詳細について説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施例が適用された定着装置の断面図であり、図２は本発明の実施例が適用された定着装置の側面図である。ただし図２は説明のために主要部品のみを模式的に示したものである。
【００３０】
図１、２において板金製の定着前側板１１、定着後側板１２、定着上枠体１３、定着下枠体１４の４部品で定着装置の枠体が構成されている。
【００３１】
２１は内部に配置されたヒータ２２により加熱される定着ローラ、３１は定着ローラ２１に対して加圧されている加圧ローラであり、定着ローラ２１と加圧ローラ３１のニップ部で熱および圧力によりシート材上に転写されたトナー像の定着が行なわれる。
【００３２】
４１はトナー像が転写されたシート材を定着ローラ２１と加圧ローラ３１のニップにガイドする入り口ガイドユニット、４２は定着ローラ２１および加圧ローラ３１からシート材を分離し、排紙ユニットへ搬送する分離爪ユニット、４３は定着ローラ２１表面に付着したトナーをクリーニングするウェブユニット、４４は定着ローラ２１の温度を検出し温度制御を行なうためのサーミスタである。
【００３３】
定着ローラ２１は両端部に耐熱樹脂製のブッシュ２３を固定し、軸受２４を介して定着前側板１１および定着後側板１２に回転可能に支持されている。
【００３４】
ブッシュ２３は樹脂製であるため、定着ローラ２１の熱は軸受２４を介して定着前側板１１および定着後側板１２に伝熱されにくくなっている。
【００３５】
加圧ローラ３１の両端部は、定着前側板１１および定着後側板１２に対し軸３４を中心として揺動可能に支持されている加圧アーム３３に取り付けられた軸受３２により回転可能に支持されている。軸受３２と加圧ローラ３１の軸の間にもやはり耐熱樹脂製のブッシュ３５が取り付けられているため、加圧ローラの熱も定着前側板１１および定着後側板１２に伝熱されにくくなっている。
【００３６】
揺動アーム３３を不図示の加圧ばねにより加圧することで、加圧ローラ３１は定着ローラ２１方向に付勢され、ニップ部を形成している。ここでは２０〜３０ｋｇと比較的高い圧力で加圧ローラ３１を定着ローラ２１に付勢しているため加圧アーム３３は板金製であるが、加圧力が１０ｋｇ以下と弱い装置では加圧アーム３３を樹脂で構成することも可能であり、その場合ブッシュ３５を入れなくても定着前側板１１および定着後側板１２に伝熱されにくくなる。
【００３７】
定着上枠体１３および定着下枠体１４は定着装置内面側に蓄熱層としての蓄熱体１５が取り付けられている。蓄熱体としては例えばシリコーン樹脂、セラミックス、ガラス等、またそれらの複合材料等、熱容量の大きなものが適宜利用できる。
【００３８】
ここで、定着上枠体１３に取り付けられた蓄熱体１５は図１に示すように、ヒータ２２より通紙方向上流側および下流側で略下方に伸びる壁１５ａおよび１５ｂを構成している。また図２に示すように定着ローラの長手方向で、シート材の通過領域より外側でかつ定着ローラを回転可能に支持している軸受２４より内側で略下方に伸びる壁１５ｃおよび１５ｄを構成している。ヒータ２２により発生した熱は対流により上方へ上昇していくが、１５ａ〜１５ｄにより囲われた凹部があるためその内部に熱をこもらせることができ、定着装置内部にさらに蓄熱されやすくなる。また壁１５ｃおよび１５ｄは軸受２４より内側に存在するため軸受２４の雰囲気温度は低下し、軸受内部に充填されているグリスが劣化しにくくなり、軸受の耐久性が向上する。
【００３９】
定着装置が室温状態から加熱を開始した場合、定着ローラ２１内部に熱容量の大きな蓄熱体はないため定着ローラ２１表面及び加圧ローラ３１は短時間で加熱され、定着温度に達したことがサーミスタ４１で検知される。
【００４０】
すると画像形成装置はウォームアップが終了したと判断し、シートカセットからシート材が給紙され、画像形成部で記録情報に応じたトナー像がシート材上に転写される。その後シート材は定着装置の定着ローラと加圧ローラのニップ部にて定着温度で加熱および加圧され、トナー像がシート材に定着され、画像形成装置から排出され、動作を終了する。
【００４１】
一方定着装置の枠体に取り付けられた蓄熱体はコピー動作中に加圧ローラ２１および定着ローラ３１から拡散する熱を吸収する。
【００４２】
その後所定時間装置が使用されないと画像形成装置はスリープモードに入り、定着器のヒータは非通電状態になる。
【００４３】
しかし蓄熱体１５に蓄えられた熱があるため、定着装置の温度は高温状態が保たれる。
【００４４】
スリープモードにある装置に対して再度コピー、ファクス、プリンタ等のプリントアウトのジョブが入ると装置はスリープモードから抜けると共に、定着ヒータにも通電が再開される。
【００４５】
しかし蓄熱体に蓄えられていた熱のために、定着装置内部はスリープモードでの経過時間によるが、室温より高温な状態が保たれている。
【００４６】
よって、スリープモードからの復帰時には、定着装置内が室温である場合より短時間で定着温度まで復帰可能となる。
【００４７】
なお、本実施例ではより高い効果を有するように、定着上枠体１３、定着下枠体１４の両方に蓄熱体を持つ構成を説明したが、発熱源であるヒータ２２から発せられた熱は対流により上昇するため、定着上枠体１３のみに蓄熱体を持つ場合でも、定着装置内部での蓄熱効果を有する。
【００４８】
また定着前側板１１および定着後側板１２に対して蓄熱層を持たせれば定着装置内部の蓄熱効果をさらに高めることが可能であることは明らかである。
【００４９】
また、本実施例では、板金製の定着上枠体１３と定着下枠体１４の定着装置内面側に蓄熱体を取り付けたが、定着装置の枠体自体を蓄熱体で構成した場合は、同等の蓄熱効果が得られるとともに、装置の組立性の向上および低コスト化が可能であることは明らかである。
【００５０】
また本実施例では定着ローラと加圧ローラのニップ部で定着するいわゆる熱ローラ定着装置を用いて説明を行なったが、本発明は熱ローラ定着器に限定されるものではなく、例えば面状発熱体を内部に配置した薄膜フィルムと加圧ローラでニップ部を形成する、いわゆるフィルム定着装置などにも適用可能であることは明らかである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る定着装置では、定着装置を構成する枠体に蓄熱層を設けることで、定着ローラおよび加圧ローラ表面から拡散される熱を吸収することが可能となる。そのために装置がスタンバイ状態においてはヒータへの通電を切っても定着装置内部の保温が可能となり、装置のエネルギー消費効率を格段に向上させることが可能となる。
【００５２】
また、従来例に示したように定着ローラ内部に蓄熱体を封入した構成とは異なり、定着ローラの熱容量は小さいため、室温から定着ローラを加熱する際に、蓄熱体を暖めるためにウオームアップタイムが長くなってしまうような弊害がない。
【００５３】
また、定着ローラ内部に蓄熱体としての樹脂球を入れたりしていないため、定着ローラの回転に伴い騒音を発生することもない。
【００５４】
さらに他の従来例のように定着ローラ内部に蓄熱体として液体を封入していないので、万一封入した液体が外部へと流出しヒータをショートさせるようなことも起こり得ず、高い安全性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における定着装置の概略構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例における定着装置の概略構成を示す長手図
【図３】本発明の実施例における定着装置を備えた電子写真複写機の断面図
【符号の説明】
１１  定着前側板
１２  定着後側板
１３  定着上枠体
１４定着下枠体
２１  定着ローラ
２２  ヒータ
３１  加圧ローラ
２、３、３５  耐熱樹脂製ブッシュ
１５  蓄熱体
【図１】
2005055501.tif 000003
【図２】
2005055501.tif 000004
【図３】
2005055501.tif 000005